(57)【要約】【課題】本発明は、シリコンインゴット切断加工時の切断抵抗を低減することのできるシリコンインゴット切削用スラリーを提供する。【解決手段】本発明は、水酸化ナトリウムのような塩基性物質および砥粒を含有するシリコンインゴット切削用スラリーにおいて、前記塩基性物質の含有量を、前記スラリー中の液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％、好ましくは４．０質量％〜３０質量％とし、且つ前記スラリーのｐＨを１２以上とする。上記スラリーを６５℃〜９５℃で使用する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒および塩基性物質を含有するシリコンインゴット切削用スラリーにおいて、
前記塩基性物質の含有量が、前記スラリー中の液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％であり、且つ前記スラリーのｐＨが１２以上であることを特徴とするシリコンインゴット切削用スラリー。
【請求項２】
前記塩基性物質の含有量が、前記スラリー中の液体成分全体の質量に対して、３．５質量％〜３０質量％であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンインゴット切削用スラリー。
【請求項３】
前記塩基性物質が、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物およびこれらの混合物からなる群より選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンインゴット切削用スラリー。
【請求項４】
砥粒および塩基性物質を含有するシリコンインゴット切削用スラリーを使用して、シリコンインゴットを切断する方法において、
前記スラリーが、前記スラリー中の液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％の前記塩基性物質を含み、且つ前記スラリーのｐＨが１２以上であり、前記スラリーを６５℃〜９５℃で使用することを特徴とするシリコンインゴットの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体用および太陽電池用のウエハを製造するために、単結晶、多結晶又はアモルファスのシリコンインゴットを切断する際に使用するシリコンインゴット切削用スラリーおよびそれを用いるシリコンインゴット切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンインゴットの切断には、小さい切断代および均一な厚さで切断することや一度に多数枚のウエハを切断することができるワイヤーソーが用いられている。このワイヤーソーを用いたシリコンインゴットの切断は、走行するワイヤーにシリコンインゴットを押し付けつつ、その切断界面に砥粒を含む切削用スラリーを導入することによって行われている。このようなワイヤーを用いたシリコンインゴットの切断においては、高いウエハ品質を維持すると共に、切断代や切断ピッチを小さくして、ウエハ加工費を削減することが要求されている。
【０００３】
切断代を小さくするには、ワイヤー径を小さくすればよいが、その分ワイヤーの破断強度が低下するため、ワイヤーに掛かる張力を小さくする必要がある。張力を小さくすると、切断界面における砥粒の分散不良から切断抵抗（切断方向と直角を成す方向に働く）が発生して、ワイヤーの変位（たわみ）が大きくなるので、切断速度が低下したり、ウエハの反り、厚さむら、微小段差（ソーマーク）が発生し、ウエハの品質が低下する。また、無理にインゴットの送り速度を高くすると、ワイヤーに大きな張力が生じるため、結果としてワイヤーの破断を生じる。一方、切断ピッチを小さくしてウエハを薄くすると、切断抵抗によってウエハに微小なクラックが発生したり、切断加工中にウエハが保持部材から脱落したりする。
したがって、高いウエハ品質を維持すると共に、シリコンインゴットの切断代や切断ピッチを小さくするためには、切断抵抗を低減することが必要である。
【０００４】
そこで、固定砥粒ワイヤーと、遊離砥粒を含むスラリー又は濃度が２％以下のＫＯＨアルカリ溶液とを用いてシリコンインゴットを切断する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４３５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、固定砥粒ワイヤーと遊離砥粒を含むスラリーとを用いる従来の切断方法では、遊離砥粒を運搬する媒体として固定砥粒ワイヤーを単に使用し、遊離砥粒によるラッピング作用でシリコンインゴットを切断しており、見かけ上、固定砥粒ワイヤーによる切断抵抗を下げているに過ぎない。更に、裸のワイヤーを用いる場合に比べ、切断屑や遊離砥粒の排出が困難になるという問題がある。その上、固定砥粒ワイヤーは非常に高価であり、これを使用することは著しく経済性を欠いている。
また、固定砥粒ワイヤーとアルカリ溶液とを用いる従来の切断方法では、切断抵抗を充分に下げられないため、ウエハの反り、厚さむら、ソーマーク、微小クラックが発生し易いという問題がある。
【０００７】
したがって、本発明は、上記のような課題を解決しようとするものであり、シリコンインゴット切断加工時の切断抵抗を低減することのできるシリコンインゴット切削用スラリーおよびそれを用いるシリコンインゴットの切断方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、砥粒および塩基性物質を含有するシリコンインゴット切削用スラリーにおいて、前記塩基性物質の含有量が、前記スラリー中の液体成分全体の質量に対して、少なくとも３．５質量％であり、且つ前記スラリーのｐＨが１２以上であることを特徴とするシリコンインゴット切削用スラリーである。
【０００９】
また、本発明は、砥粒および塩基性物質を含有するシリコンインゴット切削用スラリーを使用して、シリコンインゴットを切断する方法において、前記スラリーが、前記スラリー中の液体成分全体の質量に対して少なくとも３．５質量％の前記塩基性物質を含み、且つ前記スラリーのｐＨが１２以上であり、前記スラリーを６５℃〜９５℃で使用することを特徴とするシリコンインゴットの切断方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、塩基性物質の含有量を、スラリー中の液体成分全体の質量に対して、少なくとも３．５質量％とし、且つスラリーのｐＨを１２以上としたので、シリコンインゴット切断加工時の切断抵抗を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明によるシリコンインゴット切削用スラリーは、砥粒および塩基性物質を含有する。そして、塩基性物質の含有量が、スラリー中の液体成分全体の質量に対して、少なくとも３．５質量％であり、且つスラリーのｐＨが１２以上であることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、砥粒としては、一般的に研磨材として用いられるものであればよく、例えば、炭化ケイ素、酸化セリウム、ダイヤモンド、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素を挙げることができ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。このような砥粒に用いることのできる化合物は市販されており、具体的には炭化ケイ素としては、商品名ＧＣ（Green Silicon Carbide）およびＣ（Black Silicon Carbide）（（株）フジミインコーポレーテッド社製）、酸化アルミニウムとしては、商品名ＦＯ（Fujimi Optical Emery）、Ａ（Regular Fused Alumina）、ＷＡ（White Fused Alumina）およびＰＷＡ（Platelet Calcined Alumina）（（株）フジミインコーポレーテッド社製）等が挙げられる。
砥粒の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、好ましくは１μｍ〜６０μｍ、より好ましくは５μｍ〜２０μｍである。砥粒の平均粒子径が１μｍ未満であると、切断速度が著しく遅くなってしまい実用的ではなく、砥粒の平均粒子径が６０μｍを超えると、切断後のウエハ表面の表面粗さが大きくなり、ウエハ品質が低下してしまうことがあるため好ましくない。
また、砥粒の含有量は、特に限定されるものではないが、シリコンインゴット切削用スラリー全体の質量に対して、好ましくは３０質量％〜７０質量％である。砥粒の含有量が３０質量％未満であると、切断速度が遅くなり、実用性が乏しくなることがあり、砥粒の含有量が７０質量％を超えると、スラリーの粘度が過大になって、スラリーを切断界面に導入し難くなることがある。
【００１３】
本発明において、塩基性物質としては、スラリー中で塩基として作用する物質であればよく、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等のアルカリ土類水酸化物を挙げることができ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、シリコンインゴットとの反応性の観点から、アルカリ金属水酸化物が好ましい。
塩基性物質の含有量は、シリコンインゴット切削用スラリー中の液体成分全体の質量に対して、少なくとも３．５質量％、好ましくは少なくとも４．０質量％であり、また、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは２０質量％以下である。塩基性物質の含有量が少なすぎる場合には、切断抵抗が十分に低減されず、多すぎる場合には、スラリーのｐＨが飽和してしまい、添加したほどには切断抵抗が低減されず、コスト的に無駄が多くなって好ましくない。
【００１４】
本発明において、スラリーの液体成分としては、水、公知のクーラントおよびこれらの混合物を用いることができる。ここで用いる水としては、不純物含有量の少ないものが好ましいが、これに限定されるものではない。具体的には、純水、超純水、市水、工業用水等が挙げられる。水の含有量は、特に限定されるものではないが、シリコンインゴット切削用スラリー全体の質量に対して、好ましくは１０質量％〜４０質量％である。
また、クーラントとしては、保湿剤、潤滑剤、防錆剤、粘度調整剤等、具体的には、ポリエチレングリコール、ベンゾトリアゾール、オレイン酸等を含む切削補助混合液として一般的に用いられるものであればよい。このようなクーラントは市販されており、具体的には商品名マルチリカノール（理化商会社製）、ルナクーラント（大智化学産業社製）等が挙げられる。クーラントの含有量は、特に限定されるものではないが、シリコンインゴット切削用スラリー全体の質量に対して、好ましくは１０質量％〜４０質量％である。
【００１５】
本発明によるシリコンインゴット切削用スラリーは、強塩基性を有する。そのためシリコンインゴット切断界面は、以下の式（１）に示すような反応によって脆弱化されると共に、砥粒によってラッピングされる。
Ｓｉ＋４Ｈ２Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）４＋２Ｈ２            （１）
そして、上式から分かるように、スラリーのｐＨが高い（強塩基性である）ほど、シリコンの反応がより促進される。このため、本発明によるシリコンインゴット切削用スラリーは、１２以上、好ましくは１３以上のｐＨを有する。スラリーのｐＨが低すぎる場合には、シリコンの反応（脆弱化）速度が低く、切断速度を向上させることができないため好ましくない。
また、本発明のシリコンインゴット切削用スラリーは、６５℃〜９５℃で使用する。スラリーを使用する温度が低過ぎる場合には、反応が活性化されないため切断抵抗が十分に低減されず、高過ぎる場合には、スラリー液体成分（主に水分）の蒸発によって反応に必要な水分が不足し、切断抵抗が増大してしまい好ましくない。
【００１６】
本発明によるシリコンインゴット切削用スラリーには、製品の品質保持および性能安定化を図る目的や、シリコンインゴットの種類、加工条件等に応じて、各種の公知の添加剤を加えてもよい。このような添加剤としては、例えば、キレート剤としてエチレンジアミンテトラ酢酸ナトリウム塩、保湿剤としてポリエチレングリコール、潤滑剤としてオレイン酸、砥粒分散補助剤としてベントナイト、防錆剤としてベンゾトリアゾール等を挙げることができる。
【００１７】
本発明のシリコンインゴット切削用スラリーは、上記の各成分を所望の割合で混合することにより調製することができる。各成分を混合する方法は任意であり、例えば、翼式撹拌機で撹拌することにより行うことができる。また、各成分の混合順序についても任意である。更に、精製などの目的で、調製されたシリコンインゴット切削用スラリーにさらなる処理、例えば、濾過処理、イオン交換処理等を行ってもよい。
【００１８】
また、本発明によるシリコンインゴットの切断方法は、前記シリコンインゴット切削用スラリーを６５℃〜９５℃で用いて、シリコンインゴットを切断することを特徴とするものである。
本発明によるシリコンインゴットの切断方法では切断装置が用いられる。ここで使用される切断装置としては、任意のものを用いることができるが、例えば、バンドソー、ワイヤーソー、マルチバンドソー、マルチワイヤーソー、外周刃切断装置および内周刃切断装置が挙げられる。これらの中でも特に、直径の大きい、例えば、６インチ以上のインゴットを切断する際には、ワイヤーソーおよびマルチワイヤーソーが好ましい。その理由は、他の切断装置に比べて、小さい切断代および均一な厚さでインゴットを切断することができ、一度に多数枚のウエハを切断することができるからである。
【００１９】
ここで、本発明によるシリコンインゴットの切断方法を、切断装置としてマルチワイヤーソーを用いた場合を例にとって説明する。図１に示すように、マルチワイヤーソー１０は、シリコンインゴット２を固定し、押し下げるためのインゴット送り機構１と、裸のワイヤー３を送るためのワイヤー送り機構と、シリコンインゴット切削用スラリーを供給するためのスラリー撹拌・供給タンク８と、シリコンインゴット切削用スラリーを裸のワイヤー３に塗布するためのスラリー塗布ヘッド９と、裸のワイヤー３を送り出すためのワイヤー送出機構５と、裸のワイヤー３を巻き取るためのワイヤー巻取機構６と、裸のワイヤー３の張力を一定に保つための張力制御ローラー７とを備えている。そして、ワイヤー送り機構は、同期回転する二本の回転ローラー４を備え、その回転ローラー４の外周にはワイヤー３を案内する溝が形成されている。
このようなマルチワイヤーソーにおいてシリコンインゴットを切断する際には、インゴット送り機構１に固定されたシリコンインゴット２を裸のワイヤー３に接触させる。裸のワイヤー３は、ワイヤー送り機構と同期するワイヤー送出機構５から送り出されると共に、ワイヤー巻取機構６で巻き取られる。また、スラリー撹拌・供給タンク８から供給されたシリコンインゴット切削用スラリーは、スラリー塗布ヘッド９を介してワイヤー３上に塗布される。そして、図２に示すように、シリコンインゴット切削用スラリーが、走行する裸のワイヤー３によりシリコンインゴット切断部に運ばれると、シリコンインゴット２がラッピング作用によって削られ、切断される。
【００２０】
また、本発明における切断抵抗は、例えば、ワイヤーソーを用いる場合、以下のようにして測定することができる。
切断加工時に、走行するワイヤーとインゴットとの切断界面に切断抵抗が生じると、ワイヤーがインゴット送り方向にたわむ。このたわみは切断抵抗の大きさに比例するので、切断加工中のワイヤーたわみ量を測定することで、切断抵抗の大小を知ることができる。換言すれば、たわみが大きいということは、切断界面でのワイヤーに切断方向（ｚ方向）の遅れがでるということであり、所望の切断速度が得られないことになる。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔実施例１〕
４質量部の水酸化ナトリウムを４６質量部の水に溶解して塩基性水溶液とし、この水溶液と５０質量部のクーラント（大智化学産業社製、ルナクーラント＃６９１）とを混合した。この混合溶液に、１００質量部のＳｉＣ砥粒（フジミインコーポレーテッド社製、ＧＣ＃１２００、平均粒子径約１０μｍ）を更に加えて攪拌し、シリコンインゴット切削用スラリーＡを調製した。得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは１３．９であった。
【００２２】
また、５０質量部の水と５０質量部のクーラント（大智化学産業社製、ルナクーラント＃６９１）とを混合した。この混合溶液に、１００質量部のＳｉＣ砥粒（フジミインコーポレーテッド社製、ＧＣ＃１２００、平均粒子径約１０μｍ）を更に加えて攪拌し、シリコンインゴット切削用スラリーＢを調製した。得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは６．５であった。
【００２３】
さらにまた、１質量部の水酸化ナトリウムを４９質量部の水に溶解して塩基性水溶液とし、この水溶液と５０質量部のクーラント（大智化学産業社製、ルナクーラント＃６９１）とを混合した。この混合溶液に、１００質量部のＳｉＣ砥粒（フジミインコーポレーテッド社製、ＧＣ＃１２００、平均粒子径約１０μｍ）を更に加えて攪拌し、シリコンインゴット切削用スラリーＣを調製した。得られたスラリーの２５℃におけるｐＨは１２．８であった。
【００２４】
得られたシリコンインゴット切削用スラリーＡ、ＢおよびＣを用いて、下記に示す切断条件で多結晶のシリコンインゴット（１５０ｍｍ角、２５ｍｍ長）を切断してウエハを作製した。その際、切断抵抗の大きさを表わす指標として、ワイヤーのたわみ量を測定した。結果を表１に示す。
＜切断条件＞
切断装置        ：マルチワイヤーソー
ワイヤー径      ：１００μｍ（ＪＦＥスチール社製、型式ＳＲＨ）
切断代          ：０．１３ｍｍ
切断ピッチ      ：０．３９ｍｍ
切断速度        ：０．３５ｍｍ／分
ワイヤー走行速度：６００ｍ／分
スラリー温度    ：２５℃〜１００℃
【００２５】
次に、得られたウエハを水で洗浄し、乾燥させた後、ウエハの厚さむらを評価した。さらに、ウエハ表面のソーマークの有無を目視にて評価した。これらの結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2005088394.tif 000002
【００２７】
表１から明らかなように、６５℃〜９５℃というスラリー温度範囲において、特に、厚さむらが小さく、ソーマークがないという高いウエハ品質を維持すると共に、ワイヤーたわみ量、即ち、切断抵抗を大幅に低減することができた。
これに対して、スラリーの組成および使用する温度が異なるスラリーＢおよびＣでは、ウエハ品質を維持できないばかりでなく、切断抵抗を低減することができなかった。また、スラリーＢおよびＣのたわみ量（切断抵抗）を、８０℃におけるスラリーＡのたわみ量と同程度とするためには、切断速度を０．２０ｍｍ／分に低下させる必要があった。
【００２８】
〔実施例２〜９および比較例１〜５〕
下記の表２に示す組成のシリコンインゴット切削用スラリーを、実施例１と同様にして調製した。
【００２９】
【表２】
2005088394.tif 000003
【００３０】
得られた実施例２〜９および比較例１〜５のシリコンインゴット切削用スラリーを８０℃でそれぞれ用いる以外は、実施例１と同様にして、ウエハを作製し、評価を行った。結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
2005088394.tif 000004
【００３２】
表３から明らかなように、本発明のシリコンインゴット切削用スラリーを用いると、厚さむらが小さく、ソーマークがないという高いウエハ品質を維持すると共に、ワイヤーたわみ量、即ち、切断抵抗を大幅に低減することができた。
従って、これを用いたシリコンインゴットの切断方法では、切断抵抗を大幅に低減することができるので、シリコンインゴットの切断代や切断ピッチを小さくしても、厚さむらが小さく、表面状態の良好なウエハを得ることができる。また、安価な裸のワイヤーを使用しているにも関わらず、優れた切断効率を達成することができるので、工業化適性の観点から見て大変優れている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態で用いたマルチワイヤーソーの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるシリコンインゴットの切断部拡大図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  インゴット送り機構、２  シリコンインゴット、３  ワイヤー、４  回転ローラー、５  ワイヤー送出機構、６  ワイヤー巻取機構、７  張力制御ローラー、８  スラリー攪拌・供給タンク、９  スラリー塗布ヘッド、１０  マルチワイヤーソー。
【図１】
2005088394.tif 000005
【図２】
2005088394.tif 000006